01_Motivacion

PropositoEjemplo introductorio

Diseno en estado estacionarioIncorporacion de control en el proceso

Diseno en regimen transienteKey points

IQ57A: Dinamica y control de procesosCaptulo 1: Motivacion

J. Cristian Salgado - [email protected]

Departamento de Ingeniera Qumica y Biotecnologa, Universidad de Chile

August 4, 2008

J. Cristian Salgado - [email protected] IQ57A - Captulo 1: Motivacion




Objetivos

Al final de esta clase usted sera capaz de

Entender la importancia de la modelacion dinamica de un proceso.

Conocer algunos mecanismos y conceptos de control clasico.

Acoplar un controlador simple a un modelo dinamico de un proceso.

Conocer el efecto de un controlador simple en la dinamica de un procesosujeto a perturbaciones.

Entender porque los procesos deben ser controlados.





Descripcion del problemaSupuestos

Descripcion del problema

Considere el siguiente reactor calefaccionado

T Fi i

T Fo oCalefactor

T V

q

Objetivo

Mantener la temperatura desalida igual a una ciertatemperatura Tsp escogidaarbitrariamente. El valor de esatemperatura lo llamaremossetpoint.

Estrategia

Estudiar un balance de energadel proceso.





Descripcion del problemaSupuestos

Suposiciones

Algunas suposiciones:

1 Lquido de entrada a temperatura Ti2 Flujos volumetricos constantes e iguales en la entrada y salida

Fi = Fo = F .3 Mezclado Perfecto en el reactor:CSTR4 Calor especfico (Cp) y densidad del lquido () independientes de la

temperatura.





Hipotesis de estado estacionarioEnerga necesaria para una nuevo setpointAnalisis del diseno

Diseno en estado estacionario

Hipotesis de estado estacionario

Las variables del proceso se consideran independientes del tiempo.

T Fs

i

s

T Fs s

Calefactor

T Vs s

qs

Balance de energa

qs = F s Cp (T sT si )






Temperatura setpoint

La cantidad de energa necesaria para mantener la temperatura de salida enel nuevo setpoint Tsp se puede determinar del balance de energa en estadoestacionario: qsp = F s Cp (TspT si )

T Fs

i

s

T Fsps

Calefactor

T Vsps

qsp

Notar bien que:

Este diseno asegura T = Tsp mientras elsistema se encuentre en estadoestacionario.

La hipotesis de estado estacionario asumeque T si y F

s se mantienen constantes.






Analisis del diseno

T(t) Fi (t)

T Fsps

Calefactor

T Vsps

qsp

?Que sucede si se producen perturbacionesque afecten el proceso?

Por ejemplo

Cambios en la temperatura de entradaTiCambios en el flujo de entrada F





Diseno creativoDiseno clasico

Diseno creativo de un control de temperatura

Suponga que dispone de un sensor de temperatura que puede ubicar encualquier lugar del reactor y que puede manipular el flujo de energaproveniente del calefactor mediante una valvula.

Actividad

Proponga una metodologa que le permita controlar la temperatura de salida delsistema frente a perturbaciones en la temperatura de entrada Ti

10 minutos

The principle goal of education is to create men who are capable of doing new things, notsimply of repeating what other generations have done men who are creative, inventive and

discoverers.Jean Piaget.





Diseno creativoDiseno clasico

Disenos clasicos

FeedBack

En el esquema feedback la informacion de salida del proceso se retroalimentaal controlador de manera de definir la accion de control.

FeedforwardEn el control feedforward se mide la magnitud de las perturbaciones y en basea esta informacion se actua sobre el proceso adelantando la accion de control.





Hipotesis de estado NO estacionarioDiseno en lazo abiertoEsquema de controlLey de controlResultados

Diseno en regimen transiente

Objetivo

Deseamos investigar como se comportara el sistema frente a unaperturbacion en la temperatura de entrada.

T(t) Fis

T(t) Fs

Calefactor

T(t) Vs

q(t)

Modelo dinamico del proceso

Las variables del proceso SI seconsideran dependientes del tiempo.

Balance de energa en estado noestacionario.






Observacion

Dado un cambio en Ti en la temperatura de entrada se produce un cambioen la misma magnitud en la salida.






Esquema de control feedback

Supongamos que manipulamos lavalvula de vapor de manera deentregar calor al sistema y que ladiferencia entre la temperatura desalida y su setpoint sea muy pequenae = TspT

T(t) Fis

T(t) Fs

Calefactor

T(t) Vs

qTT

TCTsp






Ley de control

Ley de control

Como relacionamos la cantidad de energa que entregamos al sistema(apertura de la valvula de vapor) con la desviacion entre la temperatura delsistema y su setpoint?

La ley mas simple es la ley proporcional






Resultados

Mientras mas grande es la ganancia del controlador proporcional menorsera el efecto de la perturbacion en el proceso.

Sin embargo, ganancias del controlador muy grandes puedendesestabilizar el sistema.





Key pointsPreguntas

Key Points

El control de procesos es esencial para la operacion de una planta.

El control de procesos consiste en la suma de los equipos, el diseno dela planta y del sistema de control.Los principales objetivos del control son:

Contrarrestar el efecto de perturbaciones.Asegurar estabilidad del proceso.Optimizar su desempeno.





Key pointsPreguntas

Preguntas

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PropsitoEjemplo introductorioDescripcin del problemaSupuestos

Diseo en estado estacionarioHiptesis de estado estacionarioEnerga necesaria para una nuevo setpointAnlisis del diseo

Incorporacin de control en el procesoDiseo creativoDiseo clsico

Diseo en rgimen transienteHiptesis de estado NO estacionarioDiseo en lazo abiertoEsquema de controlLey de controlResultados

Key pointsKey pointsPreguntas

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